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Oct. 26 2021

神奇「內陸紅樹林」蘊藏著海平面上升的線索

  • 墨西哥塔巴斯戈州(Tabasco)聖佩德羅馬蒂爾河流經的花生潟湖(El Cacahuate)沿岸長滿了紅樹林,距離它們通常棲息的海岸有160公里遠。 PHOTOGRAPH BY OCTAVIO ABURTO

    墨西哥塔巴斯戈州(Tabasco)聖佩德羅馬蒂爾河流經的花生潟湖(El Cacahuate)沿岸長滿了紅樹林,距離它們通常棲息的海岸有160公里遠。 PHOTOGRAPH BY OCTAVIO ABURTO

  • 這棵聳立在瀑布中的紅樹,是生長在潟湖周圍紅樹林的一份子。大約在10萬年前,當時的海平面比現在高出數公尺,這裡仍是一片整滿紅樹林的海濱,而今天潟湖畔的紅樹林,正是當時紅樹林的後代。PHOTOGRAPH BY OCTAVIO ABURTO

    這棵聳立在瀑布中的紅樹,是生長在潟湖周圍紅樹林的一份子。大約在10萬年前,當時的海平面比現在高出數公尺,這裡仍是一片整滿紅樹林的海濱,而今天潟湖畔的紅樹林,正是當時紅樹林的後代。PHOTOGRAPH BY OCTAVIO ABURTO

  • 錦龜在紅樹林水下根部找到藏身處。 PHOTOGRAPH BY OCTAVIO ABURTO

    錦龜在紅樹林水下根部找到藏身處。 PHOTOGRAPH BY OCTAVIO ABURTO

  • 聖佩德羅馬蒂爾河平靜的河水富含鈣離子,讓紅樹林在沒有鹹水的環境下仍能生存。 PHOTOGRAPH BY OCTAVIO ABURTO

    聖佩德羅馬蒂爾河平靜的河水富含鈣離子,讓紅樹林在沒有鹹水的環境下仍能生存。 PHOTOGRAPH BY OCTAVIO ABURTO

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這片已有10萬年歷史的紅樹林顯示海平面曾比今天高出數公尺,並警告我們歷史在氣候變遷下仍可能重演。

墨西哥塔巴斯戈州(Tabasco)聖佩德羅馬蒂爾河流經的花生潟湖(El Cacahuate)沿岸長滿了紅樹林,距離它們通常棲息的海岸有160公里遠。 PHOTOGRAPH BY OCTAVIO ABURTO

墨西哥塔巴斯戈州(Tabasco)聖佩德羅馬蒂爾河流經的花生潟湖(El Cacahuate)沿岸長滿了紅樹林,距離它們通常棲息的海岸有160公里遠。 PHOTOGRAPH BY OCTAVIO ABURTO

當研究團隊駕著小船駛過墨西哥與瓜地馬拉接壤處附近的聖佩德羅馬蒂爾河(San Pedro Martir River)時,眼前出現了令人意想不到的景象:在離海岸超過160公里遠的內陸,竟有一片紅樹林沿著一旁寬闊、波光粼粼的潟湖生長著!

這裡根本就不是紅樹林該出現的地方,它們通常局限於海岸的狹小區域,在嚴峻的鹹水、風暴,以及波濤中成長茁壯。

但不知何故,這片紅樹林就生長在一組比當今海平面高出數公尺的瀑布之上。研究團隊仔細分析後發現更驚人的是:這片紅樹林是遠古世界留下的一座活遺跡。它們的祖先大約在10萬年前抵達該地,當時的地球與今天差不多暖,但海平面卻高出了好幾公尺。而後隨著海水消退,這片紅樹林找到了生存下去的方式。

該研究發表在《美國國家科學院學報》(PNAS)上,其第一作者,同時也是斯克里普斯海洋研究所(Scripps Institution of Oceanography)研究員的奧克塔維奧.阿伯托奧羅佩薩(Octavio Aburto-Oropeza)說:「我們拼湊出了一個失落世界的樣貌。」

這個遠離現代海岸的古海岸遺跡,有助於世界各地的研究人員理解海平面在地球上一次溫暖時期究竟高出現在多少?這對那些希望釐清全球暖化會使海平面上升多少的人而言,是個極其重要卻又爭論不休的議題。

遠古世界的活遺跡

萊布尼茲熱帶海洋研究中心(Leibniz Centre for Tropical Marine Research)的紅樹林專家維羅尼克.赫爾弗(Véronique Helfer)表示,雖然一般生長在狹窄沿海地帶的紅樹林確實有可能生長在其他地方,但它們難以和其他植物競爭。「一般來說,它們會被限制在潮間帶裡。」他說。

這棵聳立在瀑布中的紅樹,是生長在潟湖周圍紅樹林的一份子。大約在10萬年前,當時的海平面比現在高出數公尺,這裡仍是一片整滿紅樹林的海濱,而今天潟湖畔的紅樹林,正是當時紅樹林的後代。PHOTOGRAPH BY OCTAVIO ABURTO

這棵聳立在瀑布中的紅樹,是生長在潟湖周圍紅樹林的一份子。大約在10萬年前,當時的海平面比現在高出數公尺,這裡仍是一片整滿紅樹林的海濱,而今天潟湖畔的紅樹林,正是當時紅樹林的後代。PHOTOGRAPH BY OCTAVIO ABURTO

這座新發現的內陸紅樹林之所以能「離岸索居」,得要歸功於四周的土壤淋溶出大量的鈣離子流入潟湖與河水中,營造出類似海水的液態環境,使紅樹林能夠留存至今。

這些紅樹林也不孤單,與之作伴的還有優雅的蘭花(紅樹林香蕉蘭,Myrmecophila tibicinis)、嬌貴的鹵蕨(Acrostichum aureum),以及海葡萄(Coccoloba barbadensis)等許多今天與紅樹林共同生活的植物;遠古的蚵殼就嵌在紅樹林下方木質根系之間的沉積物內;古老的沙丘與卵石灘也從潟湖邊緣延伸出去。

阿伯托奧羅佩薩和同事想進一步叩問的是,這片紅樹林是如何以及何時抵達這裡的?紅樹林傳播得既不快也不遠,大多會留在原地。澳洲麥考瑞大學 (Macquarie University)的紅樹林專家尼爾.桑蒂蘭(Neil Saintilan)說:「紅樹林的種子會在樹上發芽後掉入潮汐中,通常會在左近扎根前漂流一小段距離。」

阿伯托奧羅佩薩和同事推測,水流不可能帶著紅樹林幼苗逆流而上乃至跨過高聳的瀑布,所以這片紅樹林的祖先,肯定是在這片區域還是海岸時抵達的。

為了驗證這個假說,研究團隊將這座紅樹林的基因與位在猶加敦海岸線的其他紅樹林比較。

加州大學洛杉磯分校負責分析基因的生物學家菲利普.薩帕塔(Felipe Zapata)說:「地球上任何生物的歷史都寫在牠們的DNA裡。」

如果這座內陸紅樹林成長於過去那個溫暖的時期,並在海平面下降後受困於陸上,它們在遺傳上會與現代海岸的紅樹林有所不同──而這正是基因組分析清楚顯示的結果。

不過研究團隊並未止步於此。生物細胞在複製遺傳物質時會發生「微小意外」,當這些微渺變化以驚人的規律速率累積起來後,就成了一座以遺傳時間計時的分子鐘。阿伯托奧羅佩薩說,從這座時鐘可以得知,這片潟湖紅樹林與它們最近的親戚大約已經分離了10萬年之久,成了一座「遠古世界的活遺跡」。

這個時間點與地球歷史上的某個時期相近,當時的海平面比今天要高出許多,但究竟高出多少?迄今仍沒有定論。

錦龜在紅樹林水下根部找到藏身處。 PHOTOGRAPH BY OCTAVIO ABURTO

錦龜在紅樹林水下根部找到藏身處。 PHOTOGRAPH BY OCTAVIO ABURTO

過去的海平面

綜觀歷史,地球因軌道擺動而經歷過劇烈的大氣變化。有時地球傾斜得更加靠向太陽,吸收熱能的效率大增;有時,地球軌道沿著軸線沿著一個軸向延伸,離太陽這個熱源更遠,全球溫度也就隨著這些變化上下波動。

這些溫度變化對海平面高低舉足輕重。例如約2萬年前籠罩地球的大冰河期,巨大的冰層覆蓋了北美洲,最南延伸到五大湖與長島;南極洲冰層分布得比今天的範圍還要更遠;大量的水份被鎖在了冰中,導致海平面下滑;較冷的海洋體積也較小,海岸線有時甚至比今天的位置還要再延伸出好幾公里。相反地,冰層會在地球氣候較暖的時期融化,海水也會「熱漲」,海平面也就跟著升高。

地球最近一次的氣溫高峰發生在約12萬年前,當時全球溫度比起工業革命前大約高出攝氏0.5至1.5度,平均落在高出攝氏1度左右。而今,地球暖化已經重回了這個溫度區間,大多數簽署《巴黎協定》 (Paris Climate Accords)的國家同意必須將暖化幅度限制在攝氏2度之內,最好是攝氏1.5度以下。

曾研究過墨西哥灣過往海平面的加州大學聖塔芭芭拉分校地質學家亞歷克斯.西姆斯(Alex Simms)說:「全球氣候的狀態與當時沒有差太多,那麼這是否意味著我們可以預期,在未來1000年內海平面會上升5公尺甚至更多呢?」

差異非常重要,因為即使海平面只上升1公尺,也會淹沒擁有主要城市、經濟重鎮與文化資源的大片沿海區域。全球大約有7.7億人生活在海拔不到5公尺的地方,海平面倘若上升9-10公尺會是場大災難。因此,任何能協助確認地質往事的資料,都可以幫助研究人員更精確地預測未來風險。

海曾有多高?

但是要確認10萬年前──也就是這批紅樹林祖先扎根的時間──的海平面位置相當棘手。通常研究人員會尋找沙丘、珊瑚礁等古代海岸線存在的證據,接著測量這些古海岸線與當前海岸線的距離來確認海平面差距。但潮汐變化、當地地質等無數問題會讓測量變得複雜,比如光融冰是來自格陵蘭島或南極洲這件事,就能讓遠方的海平面紀錄複雜化。

潟湖紅樹林發現的位置比今天海平面要高出9公尺。除此之外,研究團隊也在附近一戶人家挖井時發現了一些地質證據。該戶人家於幾公尺深的地方發現了一層厚厚的貝殼與沙子,經確認屬於一處海拔高約10公尺的古海灘的一部分。

聖佩德羅馬蒂爾河平靜的河水富含鈣離子,讓紅樹林在沒有鹹水的環境下仍能生存。 PHOTOGRAPH BY OCTAVIO ABURTO

聖佩德羅馬蒂爾河平靜的河水富含鈣離子,讓紅樹林在沒有鹹水的環境下仍能生存。 PHOTOGRAPH BY OCTAVIO ABURTO

儘管這個高度落在許多科學家認知中末次間冰期(Last Intergalacial period)的海平面估計值高點,但香港大學的海平面專家妮可.汗(Nicole Khan)解釋道,該研究團隊發現的海拔高度未必真實反映了過去的海平面高度有9公尺高,這個數字可能因為地幔深處的地質變化而被高估。

猶加敦的這個位置可能受到「冰河均衡調整」(glacial isostatic adjustment)效應的影響。當規模如末次冰期覆蓋北美洲的冰層形成,它們的重量就好像我們躺在床墊上會陷下去一般將地殼往下壓。下沉的地殼會將地幔往深處推去,地幔被擠壓後則在其他區域隆起,形成團塊或山脊一類的前隆(forebulge),這些前隆處的海拔就提升了。

猶加敦可能就位於那個巨大冰層的前隆範圍內,海拔可能也受到已消失無蹤的冰層影響,而比過去來的高。最近一項研究表示,在鄰近的加勒比地區,這種效應可能大至帶來幾公尺的落差。如果潟湖紅樹林所在位置也是如此,那麼研究團隊所發現海拔9-10公尺的古海灘,實際代表的海平面高度可能要低上一些。

汗表示,在這個故事裡關於海平面還有許多大問題有待解答。但重要的是,這項研究帶來的大量資料顯示,即便在條件與當前沒有差異太大的情況下,海平面高度仍可能有大幅變化。

西姆斯說:「從海平面的角度來看,這項研究與其他成果明確披露了即便人們沒有把氣候搞砸,海平面也曾比今天高出許多的事實,所以我們真的得為更高的海平面預作準備。」

 

延伸閱讀:風調雨順,臺灣的氣候正在如何變遷呢? / 育空永凍層中出土5萬7000年前的幼狼木乃伊

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